21世纪高等院校教材·量子化学基础

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《量子化学基础》介绍量子化学原理及其应用。全书共11章，内容包括：量子力学基础及简单应用；普通原理和定理，主要介绍变分法、Hellmann-Fcynman定理、virial定理；定态微扰方法及其应用；角动量，主要介绍轨道角动量、自旋角动量、角动量的耦合与引入光谱项的原因；群论简介；含时微扰方法与量子跃迁；自治场方法，主要介绍HF方程与HFR方程；电子相关；密度泛函理论；布居数分析和频率分析，主要介绍不同类型的布居数分析、热力学函数、过渡态的计算方法；量子化学的计算方法，主要介绍从头计算法。书中用。号标记的章节可作为选讲内容。《量子化学基础》可作为高等院校化学、化学工程与工艺、材料化学、生物化学等专业高年级本科生和研究生教材，也可供有关科研人员参考。

书    名

21世纪高等院校教材•量子化学基础

类    型

科学与自然

出版日期

2010年1月1日

语    种

简体中文

ISBN

7030263243, 9787030263247作    者

夏少武 夏树伟

出版社

页    数

355页

开    本

16

品    牌

科学出版社

21世纪高等院校教材·量子化学基础内容简介

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《量子化学基础》是由科学出版社出版的。

21世纪高等院校教材·量子化学基础图书目录

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前言

外文-中文人名对照表

第一章 量子力学基础及简单应用

第一节 量子力学诞生的实验基础与基本概念的引出

一、能量量子化与光的波粒二象性

二、实物粒子的波动性假设与实验证实

第二节 量子力学基本假设I——波函数及其意义

一、第一假设——波函数

二、波函数的统计解释

三、不确定关系

第三节 量子力学基本假设Ⅱ——Schr6dinger方程

一、SchrOdinger 方程

二、定态SchrOdinger方程

三、定态波函数的性质

第四节 量子力学基本假设Ⅲ——力学量的算符表示

一、第三假设——力学量的算符表示

二、IIermite算符的本征函数与本征值

三、完备共同的本征函数系

第五节 量子力学基本假设Ⅳ——力学量平均值

第六节 量子力学基本假设V——全同性原理

一、第五假设——全同性原理

二、Pauli不相容原理

第七节 简单应用

一、一维谐振子

二、隧道效应与应用

习题

第二章 普通原理和定理

第一节 变分法

一、基态变分原理

二、激发态变分原理

三、线性变分法

四、HMO法

第二节 Hellmann-Feynman定理

一、微分H—F定理

二、H—F静电定理

三、积分H—F定理

四、举例

第三节 量子力学的virial定理

一、含时力学量

二、Euler定理

三、virial定理

四、virial定理对原子体系的应用

五、virial定理对分子体系的应用

六、virial定理与化学键

第四节 幺正变换与Dirac符号

一、幺正变换(酉变换)

二、Dirac符号

习题

第三章 定态微扰方法及其应用

第一节 定态非简并微扰方法

一、基本方程组

二、非简并的一级微扰

三、氦原子基态能量的计算

第二节 定态简并微扰方法

第三节 微扰分子轨道法

一、基本原理

二、分子内微扰

三、分子间微扰

第四节 反应活性的微扰理论

一、反应活性微扰理论的基本原理

二、普遍化的微扰方程和化学反应

习题

第四章 角动量

第一节 轨道角动量

二、轨道角动量的对易关系

三、轨道角动量算符的本征方程

四、l2、l2与H相互对易

五、轨道角动量与磁矩

第二节 电子的自旋

一、电子自旋的早期实验基础和特点

二、电子自旋算符与本征值

三、自旋轨道

四、自旋波函数与自旋本征函数

五、两个电子体系的自旋本征函数

一、总角动量算符及其规则

二、总角动量平方算符J2的本征值与总角动量z分量算符J：的本征值

三、总角动量量子数j的可能取值

第四节 多电子原子中的相互作用

一、多电子原子中作用的分类

二、电子相关能

三、剩余Coulomb作用

四、电子自旋一轨道相互作用

第五节 原子的量子态与光谱项

一、电子组态与原子量子态

二、原子的各种总角动量量子数

三、L-S耦合与j-j耦合

四、原子光谱项

习题

第五章 群论简介

第一节 群的定义与分子点群

一、群的定义

二、分子点群

第二节 群的基本概念

一、群的乘法表

二、子群

三、共轭元素与类

四、同构

第三节 群的表示

一、矩阵

二、对称操作的矩阵表示

三、点群的表示

四、特征标

五、不可约表示的性质与可约表示的约化

六、应用举例

七、循环群的表示

第四节 群论与量子化学

一、波函数作为不可约表示的基

二、投影算符

三、表示直积与积分值的判断

第五节 简单应用

一、在HMO法中的应用

二、在配位场理论中的应用

习题

第六章 含时微扰方法与量子跃迁

第一节 含时微扰方法与跃迁概率

第二节 Einstein的辐射理论

第三节 电偶极跃迁周期微扰

一、发生明显跃迁的频率

二、体系吸收光子的情况，Amk与Bkm的计算

三、体系受激发射光子的情况

四、激发态的平均寿命与能级宽度

第四节 选择定则与原子光谱选择定则

一、选择定则概述

二、原子光谱的选择定则

第五节 分子光谱的选择定则

一、双原子分子转动光谱的选择定则

二、双原子分子振动光谱的选择定则

三、电子光谱的选择定则

四、Franck_(~ondon原理与双原子分子电子振动跃迁的选择定则

第六节 应用群论讨论分子的电子光谱跃迁

一、反一丁二烯

二、甲醛

习题

第七章 自洽场方法

第一节 原子的HF自洽场方法

一、原子体系的Hartree方程及其解

二、原子体系的HF方程

一、原子单位

二、分子轨道法在物理模型上的三个近似

三、闭壳层分子的HF方程

……

第八章 电子相关

第一节 电子相关作用

第二节 组态、Nesbet定理和大小一致性

第四节 多组态自洽场

第五节 Mtiller-Plesset微扰法

第七节 几种计算相关能方法的比较

习题

第一节 Thomas—Fermi方法

第二节 Hohenberg-Kohn定理

第三节 Kohn-Sham方法

第四节 局域密度近似和广义梯度近似

第五节 杂化方法

第六节 自相互作用

习题

第十章 布居数分析和频率分析

第一节 Mulliken布居数分析

第二节 自然轨道、自然布居数分析

第三节 简正坐标和频率分析

第五节 过渡态

习题

第十一章 量子化学的计算方法

第一节 半经验法

第三节 Xa方法

习题

主要参考文献

附录

附录Ⅱ能量单位换算

附录Ⅲ常见对称群的特征标表

21世纪高等院校教材·量子化学基础序言

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目前，化学仍然是一门实验科学。但是，人们一直在探究发生化学反应的原因是什么，实验中的一些现象如何解释，判断所得产物的根据是什么，一些经验规律的内在原因是什么。这就是说，化学需要从经验上升到理论，需要理论指导实验。

要建立化学理论，必须找出化学反应的共性特征。由于化学反应种类的多样性，不同的化学反应有不同的特点。找出化学反应的共性特征，提出化学理论，是化学工作者多年来追求的方向。

量子力学是研究微观粒子运动规律的理论基础，是在20世纪初到20年代建立起来的，并很快就应用到化学中来：1927年，Heitler和L.ondon用量子力学研究氢分子，为价键理论的建立打下了基础；20世纪30年代，Milliken和Slater等提出分子轨道理论；50年代以来，计算机的出现和发展促进了计算方法的发展，加强了结构与性质关系的研究……量子化学就这样形成了。量子化学是用量子力学研究化学问题的科学。

从量子化学角度看，化学反应是原子核重新排布的过程，化学作用主要是原子核与外层电子以及电子之间的作用，量子化学抓住化学作用这一内在的共性特征，分析、解释物质的化学稳定性与分子结构及性质的关系，提出化学反应的量子理论，进而指导化学实验工作。

当前量子化学广泛应用于化学各分支领域中，如无机化学、有机化学、分析化学、高分子化学、生物化学、材料化学等。随着高速电子计算机的普及，人们已经能够对一些复杂分子进行计算，进一步了解了结构与性质的关系。

概括来说，量子化学使人们能够从微观水平描述化学作用。对于一些当前实验难以测定的反应过渡态、中间体，通过计算可得到电子结构、几何结构，进而有助于确定反应机理，解释实验结果。由此可见量子化学的重要性。

当然，量子化学也有一定的局限性，它不是人类追求的最终真理。量子化学当前还存在一定的困难，如缺乏预言能力、对于较大分子体系的计算采用过多的近似等，随着量子理论的发展，量子化学理论会逐步建立和完善。有志于发展化学理论的人，应把量子化学作为一个阶梯，沿着这个方向继续前进。

基本概念与原理是学习量子化学的难点。人们习惯于根据已有的知识和经验去思考新问题、分析新现象，这种逻辑思维方法有一定的合理性，但也存在着束缚人们思维的不利方面。这种束缚经常是习惯性的，因而不易摆脱。量子化学初学者从Newton力学过渡到量子力学，必须善于摆脱Newton力学的束缚，深入到微观物质世界领域，接受量子化学概念与原理，建立起量子理论观点，用以分析化学问题、解释实验结果。

学习量子化学的另外一个难点是数学公式较多。但就本书而言，没有较深的数学知识，只要学过高等数学以及线性代数的基础知识，再了解几个特殊函数就可以阅读本书。读者一看见较复杂的数学公式，就认为是多难的数学问题，其实只是常见的微积分。

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